本发明专利技术涉及一种电触头材料，尤其涉及一种石墨烯增强铜基电触头复合材料，以及这种材料的制备方法。电触头材料由重量比为0.1-2.0%石墨烯镀镍和98.0-99.9%铜合金组成。其制备方法为：石墨烯镀镍、铜合金雾化、球磨混粉、一次成型、烧结、二次成型、烧结。本发明专利技术的电触头材料，在铜合金中添加镀镍石墨烯作为骨架，使材料具有高硬度、抗机械冲击性能与抗电弧烧蚀性能的同时，避免了导电性、导热性的降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其涉及一种石墨烯增强铜基电触头 复合材料及其制备方法。
技术介绍
真空触头材料是影响真空开关开断性能的重要因素，要求触头材料具有高导电 率、高导热系数、高的机械强度及低的接触电阻。真空开关不需检修，触头需要最少耐受8-12次，多则30-50次的开合额定短路电流对触头的烧损，因此触头材料应具有良好的耐弧 性、抗熔焊性。目前常用的铜铋合金具有良好的抗熔焊性、较低的载流值，一定的开断能力， 但强度较低，电弧侵蚀大，降低了触头材料的寿命。 现有（公开号105063413A)，公开了 "一种铜基电触头材料及其制备工艺"，铜基触 头材料包含以下重量百分比成份：〇 . 2-0.6 %的镁、0.05-0.3 %的锑、0.05-0.4%的铋、 0.05-0 · 3% 的锡、0 · 05-0 · 3% 的铬、0.005-0.05% 的硼、0.02-0 · 1 % 的镧以及0 · 2-0 · 5% 的 石墨和余量的铜。通过加入适量的硼、锡、锑粉末，提高电触头制成品的强度和耐磨性，但一 定程度上降低了材料导电性。 现有专利文献（公开号102385938A)，公开了一种金属基石墨烯复合电接触材料 及其制备方法，电接触材料包含〇. 02-1 Owt. %的石墨稀，其余为金属基体材料。由于石墨稀 增强相的加入，使该复合电接触材料具有比其他增强相复合电接触材料更好的导电、导热 性能和更高的硬度和耐磨性。石墨烯与金属基体的润湿性不好，电触头材料性能具有进一 步提升的空间。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电触头材料，通过在铜合金材料中加入镀镍石墨烯增强体，在 不降低其导电性、导热性的同时，提高铜合金的硬度、耐磨性和耐电弧侵蚀性。 此外本专利技术还提供了上述电触头材料的制备方法。 本专利技术为解决上述问题提出的技术方案： 一种电触头材料，其特征在于，由重量比为〇. 1-2.0%镀镍石墨烯和98.0-99.9%铜合金 组成，铜合金的重量成分为0.15-0.5%的铋、0.1 -3.0%的金属X、余量为铜，X选自锌、锡、铝、 镍和银中一种或几种。 优选地，X选自锌、铝和镍中一种或几种。 优选地，石墨烯为N层，N为1-10。 上述电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1)采用直流磁控溅射法将金属镍沉积在石墨烯表面，制成镀镍石墨烯。直流磁控溅射 沉积设备的工艺参数为：真空度达到0.1*1(T3-1. 〇*l(T3Pa时，通入高纯氩气，真空室气压 0.5-1.2Pa，溅射功率 100-150W，沉积时间为 5-30min，优选 10-30min。 (2)将铜合金采用雾化法制成200-300目的铜合金粉末。 (3)将镀镍石墨烯和铜合金装入球磨机球磨，制成镀镍石墨烯和铜合金均匀混合 的粉末。球磨机工作状态为:转速l〇〇-250r/min，球磨15-20分钟，停止5分钟，顺时针、逆时 针交替运行，混粉时间为2-6小时。 (4)将步骤(3)混合后粉末放入模具中冷压一次成型，压力400-600MPa，保压时间 3-5分钟。冷压后烧结，烧结真空度为1.0*1(^3-5.0*10^^，烧结温度700-900°C，保温时间 2-4小时。 (5)将坯件二次成型，压力为200-500MPa，保压时间3-5分钟。烧结，真空度为1 · 0* 10-3-5.0*10、&，烧结温度700-900°C，保温时间2-4小时，制成石墨烯增强铜基的电触头复 合材料。 本专利技术的有益成果是： (1)这种电触头材料，在铜合金中添加具有超高强度、硬度且具有化学稳定性的石墨烯 增强体作为骨架，使材料具有高硬度、高耐磨性、抗机械冲击性能与抗电弧烧蚀性能的同 时，避免了铜合金导电性、导热性的降低。此外，镀镍石墨烯改善了石墨烯与金属间的界面 结合力，获得良好界面结合，解决了石墨烯与基体间界面润湿的问题，使复合材料致密度、 力学性能、导电性、导热性能、抗电弧侵蚀性进一步提高，更好地满足电触头材料的需求。 (2)电触头的制备方法，采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积镍，形成的结构， 减少石墨烯作为纳米颗粒在混粉过程中的团聚。镍可作为铜基体的合金化元素，提高铜合 金的耐腐蚀能力和抗熔焊性。使用的冷压成型烧结制备工艺降低生产成本，适合大规模工 业化生产。【具体实施方式】 实施例！ (1)采用直流磁控溅射法在石墨烯(层数为1-5)表面沉积金属镍制备成镀镍石墨烯。纯 度为99.99%的镍靶安装前先用细砂纸进行打磨去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干。直流 磁控溅射沉积前进行5分钟预溅射，去除靶材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后续石墨 烯表面沉积镍膜的纯度。溅射参数如下:真空度达到0. l*l(T3Pa时，通入高纯氩气，真空室气 压0.5Pa，溅射功率100W，沉积时间为30min。 (2)将含有0.15%铋、0.1%锌、99.75%铜的合金粉采用气体雾化法制成200目铜合金 粉末。 (3)镀镍石墨烯与铜-0.15%铋-0.1%锌合金粉按0.1:99.9的重量比例装入机械球 磨机中，球磨罐先抽真空再通入氩气保护，转速l〇〇r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨15 分钟，停止5分钟，逆时针球磨15分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间6小时，获得镀镍 石墨烯和铜合金均匀混合的粉末。 (4)将混合后粉末放入模具中进行冷压成型，压力600MPa，保压时间3分钟。将冷压 后块坯放入真空烧结炉(真空度:5.0*10^^)中进行烧结，烧结温度700°C，保温时间4小时。 (5)将坯件二次成型，压制压力为200MPa，保压时间3分钟。在真空（真空度：5.0* H^Pa)下烧结，烧结温度700°C，保温时间4小时，制备出石墨烯增强铜基的电触头复合材 料。 实施例2 (1)采用直流磁控派射法在石墨稀(层数为1 -1 ο)表面沉积金属镍制备成镀镍石墨稀。 纯度为99.99%的镍靶安装前先用细砂纸进行打磨去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干。直 流磁控溅射沉积前进行5分钟预溅射，去除靶材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后续石 墨烯表面沉积镍膜的纯度。溅射参数如下:真空度达到1. 〇*l(T3Pa时，通入高纯氩气，真空室 气压1.2Pa，溅射功率150W，沉积时间为1 Omin。 (2)将含有0.5%祕、3.0%锌、96.5%铜的合金粉采用气体雾化法制成300目铜合金粉 末。 (3)镀镍石墨烯与铜-0.5%铋-3.0%铝合金当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电触头材料，其特征在于，由重量比为0.1‑2.0%镀镍石墨烯和98.0‑99.9%铜合金组成，铜合金的重量成分为0.15‑0.5%的铋、0.1‑3.0%的金属X、余量为铜，X选自锌、锡、铝、镍和银中一种或几种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冷金凤，邵月文，杨中喜，王英姿，刘泽美，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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